螺旋纸管卷管机设计
购买设计请充值后下载,资源目录下的文件所见即所得,都可以点开预览,资料完整,充值下载可得到资源目录里的所有文件。【注】:dwg后缀为CAD图纸,doc,docx为WORD文档,原稿无水印,可编辑。具体请见文件预览,有不明白之处,可咨询QQ:12401814
黄河科技学院毕业设计(文献翻译) 第 14 页 单齿齿轮传动中轮齿负载的动力学研究W.Nadolski,WarsawArchive of Mechanics 61(1991)523-531摘要:此文中对单齿齿轮传动中轮齿负载的动力学研究分析中提及了一种离散连续的分析模型,在此模型中恒定的等效啮合硬度和由转矩引起的可估算的轴变形均被考虑到计算当中。在分析讨论中应用到了波形图法,即利用了运动方程式而得到的波形图。数值计算都集中在确定轮齿上的动力载荷波动的波幅大小,计算时还要考虑到在第一第二共振区域外部激发作用下的频率变化。1 绪论在参考文献1,2中刚性齿单齿轮传动的动力学研究是在离散连续的模型中被执行的,此文中也考虑应用一种相似的模型,然而此处相啮合齿的齿廓等效刚度可被假设为3到6的常数,在科技文献中齿轮传动的研究大多依靠在一到多个自由度条件下进行离散分析(见参考文献 7,8)。此文中的离散连续模型由两个可测得轴和四个在考虑旋转轴时质量惯性矩为常数的刚体组成,这样的齿轮传动都要考虑由于挠度作用消除支撑轴承的变形和轴系大体上的扭转变形。系统中的刚体所受外力矩是被随机加载的。阻尼的作用也被考虑在内,主要依靠当量的粘滞型外阻尼和当量的福哥特型内阻尼。本研究中还会运用利用波形图法来解运动方程式的方法,这种方法可以用来测定在齿轮齿的位移,张力和速度处于稳定状态或者瞬时状态下,轮齿上动载荷的变化。为了挑选描述单齿齿轮传动各种机械性能的参数而进行的数值计算,目标主要集中在测定齿轮齿上动载荷的振幅大小与处在第一第二共振区域的外部激发的频率大小的关系。2 假设和控制方程图1. 单齿齿轮传动模型假设这个单齿齿轮传动的离散连续模型有平行轴,图1中齿轮轴1和2的性能用以下参数描述,剪切弹性模量G,极惯性矩Ii,密度和长度(i=1,2),轮齿4,5和刚体3,6的质量惯性矩分别为(i=3,4,5,6)。X轴平行于齿轮轴,而且它的原点在未受干扰前提下与齿轮轴1的左端点的位置一致。在t=0时齿轮轴横截面的位移和速度可以假设等于0,这里分析时不包括一些细微因素的影响,例如制造加工时造成的齿形误差,齿面磨损,离线的运动接触,齿间润滑油的影响等,这些因素在齿轮传动的运动分析中通常被忽略不计。在这些假设下这个单齿齿轮传动的控制方程将会是线性的。假设在运动过程中轮齿不分离,而且在横截面x=L1处的轴位移满足关系式(1)(1)其中R4、R5分别齿轮4和5的节圆半径,i(x,t)分别为齿轮轴1和2的角位移。轮齿上的动载荷可由下式表达(2)其中Km为等效啮合刚度,Cm为啮合阻尼系数,为与节圆半径R4、R5对应的压力角。需要指出的是在参考文献1,2中(1)式等于0,描述无齿形误差的动载荷的公式(2)是从参考文献8中得到的。在以上假设条件下,测定公式(2)中出现的位移和速度的问题最终归结为解下面这个经典的波动方程 (3)初始条件为 (4)边界条件为 (5)其中M(t)为加载在刚体3上的外激励,(i=3,4,5,6)和(i=1,2)分别为外阻尼和内阻尼系数,出自参考文献1,2。边界条件(5)和参考文献1,2中的参照条件是相似的,他们之间的区别是,在条件(5)中动载荷依照(2)式得出,并依靠等效啮合刚度和啮合阻尼系数。如果(1)式等于0则文献1中的边界条件和此文中的边界条件是相同的。在绪论上的无量纲数为式(6)如下关系式(3)(5)为 (7) (8) 其中0为一个等于常数的角位移,为方便分析此模型中的围护边界被省略。式(7)的解代入到初始条件(8)中可以得到以下公式(10)(10) 其中这些表示波形的未知因素和是由外部力矩M(t)引起是的,齿轮轴一和二间的传动方向一致并分别与x轴方向垂直。自变量和在计算中已被考虑在内,第一次扰动在齿轮轴1中出现在t=0时x=0处,在齿轮轴2中出现在t=1时x=1处。变量和是连续的而且对于负的自变量它们都等于0。把式(10)代入边界条件(9)可以得到对于和的微分方程。从式(10)的形式可知道它遵循的是在不同时刻的瞬时状态和不等于0,在计算中为方便操作在所有函数中引入常规自变量z。在参考文献1,2中对刚性齿齿轮传动的研究中,每个等式中从边界条件获得的最大的自变量也是用z表示,在这种情况下当齿轮齿是柔性时,适用的方程式会稍微的更加复杂些,因为这些函数f2,g1与实变量z,z2=z+2都不是相互独立的,这种情况下,把式(10)代入式(9),我们可以得到下式其中 (12) 微分方程(11)可以依靠有限差分法求解,当z0时可以从式(11)中求得函数f1,f2,g2的值,当z2=z+20可以从式(11)中求得时函数g1的值。对于负的自变量它们却都等于0,所以从式(11)3可得它遵循的是当z2=z+22时g1(z2)0.虽然函数f2(z)和g1(z+2)都不是相互独立的,但是依靠恰当函数已知的函数值,运用有限差分法可以推导出这些函数的表达式。这些表达式将在附录中给出。3 数值计算结果 在数值计算中下列单齿齿轮传动的参数都是假设的,假设如下:量纲量无量纲量该文分析过程中包括以下无量纲量:当齿高等于0.10m,啮合阻尼系数Cm=Di1时,啮合刚度=0.005 859,0.018528,0.0585(单位分别为)参见参考文献911。 外部力矩M(t)是随机得到的,它可以是规则的或不规则的,周期的或非周期的。此处假定有下式得出 (14) 其中, 是无量纲的外激励频率。目前考虑的重点集中在,在考虑频率处在第一第二共振区域稳定状态下的外激励的作用下,如何测定齿轮齿上的动载荷的振幅。由(2)式给出的动载荷的表达式,是依靠等效啮合刚度Km, 啮合阻尼系数Cm和相对位移,及相对速度而得到的。阻尼对,的影响,Km、 Cm对动载荷的影响,分别在图2,3,4中显示出来。图2.振幅频率对,的影响曲线图2所示振幅频率对相对位移的影响曲线是连续曲线,对相对速度的影响曲线点曲线。这些曲线是运用式(11)利用参数(13)和以下附加参数计算得到的。附加参数为 外阻尼对该研究中函数的作用是可估测的,但是内阻尼的影响是完全可以忽略的。图2中对于每条有确定的Di1值的曲线都符合系数Di2的三个值,所以内阻尼的影响是不可测得的,进一步的数值计算拟定内阻尼系数D12=D22=0.01外阻尼系数Di1=0.05(i=3,4,5,6)。图3.Km动载荷振幅关系图 图4.Cm动载荷振幅关系图 图3绘制的图形可知,动载荷的振幅在Cm=0时,对于不同的等效啮合刚度=0.005859,0.018528,0.05859所得的图形是规则的,也就是说在第一共振区里载荷的最大振幅会随着Km的增大而升高,图4,5,6,7和9中动载荷的振幅频率曲线都是在Km=0.018528的条件下绘制的。啮合阻尼系数Cm对动载荷的影响在本项研究中分别取值为Cm=0,0.01,0.05,0.1。图4中遵循忽略啮合阻尼系数Cm影响,除了处在第一谐振区邻域内的情况。此项研究中的单齿齿轮传动由式(13)中的多个参数表现出来,例如参数K1,K2和A6对动载荷P的振幅频率曲线的作用在图5,6和7中表现出,图6中遵循的是载荷P的最大值随处于第一共振区域的自变量K2的值的升高而升高。这样的规律在图5和7是没有表现的,图5和7中分别表现的是不同的K1和A6对振幅频率曲线的作用。图5.不同K1对动载荷振幅的影响 图6. 不同K2对动载荷振幅的影响从图2-7可以发现它们都遵循这样一个规律,动载荷P的最大振幅出现在第一共振区,当外激励的频率等于自激振动的第一频率1时。这样进一步的数值计算中,将对共振振幅进行讨论,依靠A6的作用挑选出适当的Km,K1和K2,这些数据可用于测定=1时动载荷的振幅。在忽视阻尼和边界条件(9)中外力矩作用的情况下,运用分离变量法求解式(7),可以获得自激振动的第一频率及其次的频率。在图8,9中可见参数Km,K1和K2对动载荷P共振振幅的影响,其中A6的变化范围是从0.03到0.77。图8中绘制出了对于各个不同的Km=0.005859,0.018528,0.05859的适当的图表,图8中各曲线的规律是,随着参数A6的升高动载荷的共振振幅先单调升高达到最大值然后单调下降。对于确定的A6共振振幅随着Km的升高而升高,同样的结论也可以从图9中得到,图9表现了当A6升高时不同的指示参变量对K1,K2所得到的共振振幅变化曲线,其中常数K1的值由d1=0.06m,0.10m,0.22m决定,常数K2的值由d2=0.09m,0.15m,0.33m决定,d1,d2分别为齿轮轴1,2的直径。图7. A6=0.03,0.15,0.75时动载荷振幅变化图8. Km对动载荷共振振幅的影响 图9. K1和K2对动载荷共振振幅的影响4 最终备注本文介绍的事项理论上有这样一个性质,它们都涉及到了单齿齿轮传动的离散连续模型,此模型具有不变的等效啮合刚度并且齿轮轴是扭转变形可称的。此项研究中还运用到了波形法。数值计算的结果也给出了关于这些参变量在研究过程中的影响的信息,描述了这种单齿齿轮传动及作用在齿轮齿上的动载荷的振幅。实际情况下,这些已得到的信息对设计单齿齿轮传动是很有用的,其中等效啮合刚度可以假定为常数。附录:函数g1(z2)和f2(z)的测定函数g1(z2)和f2(z)都是由式(12)中的第三第四等式决定的,运用有限差分法给出下列等式定义g1(z2)和f2(z)的表达式 参考文献单位代码 02 学号 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计文献翻译 院(系)名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 2011 年3 月 10日黄河科技学院本科毕业设计(论文)任务书 工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 级 1 班学 号 学生 指导教师 毕业设计(论文)题目 螺旋纸管卷管机设计 毕业设计(论文)工作内容与基本要求(目标、任务、途径、方法,应掌握的原始资料(数据)、参考资料(文献)以及设计技术要求、注意事项等)(纸张不够可加页)一、设计技术要求、原始资料(数据)、参考资料(文献)通过实习调研搜集资料,运用所学知识,并借助CAD等绘图软件,针对化纤用螺旋纸管,设计一种螺旋纸管卷管机。该机必须满足以下要求:1:螺旋纸管卷纸层数6-12层,纸宽60-110mm;2:卷轴直径65-120mm;3:卷管外径80-140mm;4:卷管速度3-8m/min;5:调速方法采用励磁调速电机实现无级调速;在做本课题时,需要查阅机械原理,机械设计,包装纸性能,机械设计手册1-5卷等相关资料。二、设计目标与任务1.查阅文献资料12种以上,外文资料不少于两篇。写出3000字以上的文献综述,单独装订成册。2.翻译外文科技资料,不少于3000汉字,单独装订成册。3.完成开题报告,填写开题报告表。4.拟定设计方案,完成螺旋纸管卷管机结构设计及强度计算等。5.卷管机装配图一张A0;卷管机架零件图一张A0; 卷管机花键轴零件图一张A3;卷管机托板零件图、支撑板零件图各一张A1;6.编写摘要,英中文完全对照,中文不少于300字。7.编写设计说明书,不少于8000字符。三、时间安排1-4 周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案设计5-10 周 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书10-11 周 修改论文、资格审查等12 周 毕业答辩毕业设计(论文)时间: 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日计 划 答 辩 时 间: 2012 年 05 月 19 日专业(教研室)审批意见:审批人签名:单位代码 02 学号 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计说明书螺旋纸管卷管机设计 院(系)名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 2011 年 5 月 15日黄河科技学院毕业设计(论文)开题报告表课题名称螺旋纸管卷管机设计课题来源教师拟订课题类型工程设计真实课题AX指导教师学生姓名专 业机械设计制造及其自动化学 号1、 调研资料的准备 螺旋纸管已广泛应用于食品包装,农膜,造纸,纺织等行业,主要包括缠绕膜纸管,胶带纸管,保鲜膜纸管,热电偶纸管,塑料薄膜纸管,造纸用管,皮革纸管,铝箔纸管,高强度纸管,化纤纸管等,适用范围比较广,用量比较大。 此次设计我是用螺旋纸管卷管机设计作为设计的课题。在准备阶段,我首先在网上搜集了一些关于卷管机工作原理的资料,中国卷管机的发展前景以及国内外卷管机的发展现状。然后又在图书馆的网站上搜集了一些关于卷管机设计方面的材料和文献。二、设计的目的与要求 毕业设计是大学教学中最后一个实践性教学环节,通过该设计过程,可以检验学生所学的知识,同时培养学生处理工程中实际问题的能力,因此意义特别重大。 要求:查阅文献资料12种以上,外文资料不少于两篇。拟定设计方案,完成螺旋纸管卷管机机构设计及强度要求等,完成卷管机装配图一张A0;卷管机架零件图一张A0;卷管机花键零件图一张A3;卷管机托板零件图、支撑板零件图各一张A1;编写摘要,编写设计说明书。三、设计的思路与预期成果 (1).了解卷纸机的结构和工作过程,对自动换卷系统进行设计。(2).进行基本的几何计算和受力分析,选择合适的参数 (3).完成文献综述和外文翻译。 (4).设计图样(包括总装图和主要零部件图)。 (5).完成毕业论文,编写设计说明书。四、任务完成的阶段内容及时间安排1周4周 完成开题报告、文献翻译、文献综述及总体方案设计 5周-10周 完成总体设计、完成部分机构的装配图及部分零件图并撰写说明书 10周11周 修改论文、资格审查等 12周 毕业答辩五、完成设计(论文)所具备的条件因素 首先完成本次设计,主观上要有主动性,阅读与题目相关的资料等,同时也必须了解论文的格式,撰写的方法等等。其次客观上要具备一定的条件,如通用计算机,绘图机,设计室,AUTOCAD、SOLIDWORKS、UG、电子图板等绘图软件,有关参考书、工具书、资料等。 指导教师签名: 日期: 2012年2月20日2012年2月27日课题来源:(1)教师拟订;(2)学生建议;(3)企业和社会征集;(4)科研单位提供课题类型:(1)A工程设计(艺术设计);B技术开发;C软件工程;D理论研究;E调研报告 (2)X真实课题;Y模拟课题;Z虚拟课题要求(1)、(2)均要填,如AY、BX等。黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 16 页 螺旋卷管机的工作原理摘要:卷管机是生产卷纸管的机器,卷管部分是螺旋纸管生产的最主要的一部分,本文主要介绍卷管机的发展历程及其工作原理。本文研究了螺旋纸管(罐身)各参数之间,以及皮带轮直径和最大纸管外径之间的关系,另外还研究了螺旋焊管的成型原理,对螺旋焊管成型技术的辊形设计、预弯定位、成型控制以及弯板辊的适用性等问题进行了研究,并给出了成型工艺设计示例。关键词:卷管机的发展/螺旋纸管/成型原理/螺旋焊管/预弯/弹复 前言 卷管机,顾名思义,就是生产卷纸管的机器,是一种纸料加工机械,它以单光面牛皮纸为原料,经过切刀成片,将其卷成纸管的设备1。生产的卷纸管应用于各个行业,有纤工业用管、薄膜工业用管、印刷工业用管、造纸工业用管、皮革工业用管、食品包装用管、展览行业用管等。卷管机的类型也多种多样,最常见的卷管机就是螺旋卷管机和平卷式卷管机。还有其他类型的卷管机,如自动卷管机1(如图1)、自动卷芯机、卫生纸卷管机、压力卷管机等,自动卷芯机和纸管的作用有关,很多纸管一般都是作为内芯来卷产品的,因此把做纸管的机器叫做自动卷芯机。另外还可以按辊长划分为多种规格的卷管机23。图1 自动卷管机的外观图卷管机按力的传动方式分为芯轴主动和芯轴被动,按浸渍材料与芯轴的缠绕角度分为平绕和斜绕。芯轴主动的方式适合于卷制大直径的管,对于小直径的管,在浸渍材料连续平绕时,芯轴主动和芯轴被动卷制的产品性能差不多。但是,芯轴主动的卷管机设备和操作要比芯轴被动的复杂的多,所以目前广泛使用的是芯轴被动的三辊卷管芯2。1.卷管机国内外发展状况 在卷管机不断发展的过程中,人们对于卷管机的认识理念也是在不断的变化,那么重视纸管机就成为了我们当前最重要的事情。随着我国经济快速发展,纸管机、纸芯、纸管产品以其成本低、质量轻、易回收、无公害等优点,在纸管机、造纸业、包装业、纺织化纤业得到了普遍应用。它即可以作为各种卷筒纸和纸板的内芯,也可作为合成长丝、涤纶、丙纶、氨纶等所用的纺织纱管,尤其是用于纺织业的纸管已逐步取代锥形纱管。以前的国产卷纸机与造纸机一样,长期停留在窄幅、慢速、受控。卷纸辊从卷纸机的副臂转到主臂的过程,或是引纸、换纸均靠手工操作来完成。无疑,劳动强度较大,又不安全,卷成的纸卷外紧内松,在纸卷端面形成卷曲的荷叶状,造成几十层纸的质量下降或报废3。而且国内相似的纸管加工机多为半自动机型,主要采用机械传动的方式实现纸的切片,之后由人工将纸片送到卷纸机内进行卷管,生产效率比较低1,不能适应时代的要求。印度Sodahech公司推出的最新款高性能自动宝塔纸筒机最大产能为每分钟生产55个纸筒,其上安装有独特的握持卷绕系统,以防止筒子模型滑移。同时该公司生产的螺旋纸管卷绕机具有气动式或机械式皮带拉力,能快速地改变筒管尺寸,积极式驱动将载荷有效地从最初的移动件传递到卷绕筒上,没有任何猛拉或振动4。近几年我国通过引进国外先进技术,对卷管机的送料机构、往复运动机构以及各部分之间的相位匹配等进行改进,大大提高了我国卷管机的发展水平3。通过对国产卷管机发展的回顾与现代卷纸机系列产品的开发,表明国产卷纸机已经步入世界先进水平的行列,为宽幅、高速、大型全自动化的卷纸机设计制造了条件。随着卷纸机幅宽增加,原在主副臂上所用气缸均改为油缸。这样使结构紧凑、合理,加上制造精良,外表美观,使卷纸机的水平达到了一流3。2.卷管机的成型原理及分析 普通螺旋传动是螺母和螺杆组成的传动副,可以实现螺杆或螺母的轴向移动。主要把回转运动变为直线运动以传递运动或动力,但不能连续传递被加工件5。卷管机的螺旋传动则完全不同于普通的螺旋传动,它是螺旋传动的变异,它可以传递被加工件,它具有使被加工件既转动又作轴向移动的功能,并可以实现连续加工连续进给,可应用生产线上6。2.1 简易螺旋卷管机的研制1-电机;2-减速器;3-齿轮;4-齿轮;5-主座;6-螺纹管模轴;7-托轮装置;8-副座;9-床体滑道;10-行走丝杠;11-行走丝母;12-三角带;13-电控箱图2 螺旋卷管机结构图螺旋卷管机有以下几部分组成:电机、减速器、螺旋转轴、主座、副座、行走丝杠、拖轮装置、床体滑道、机体、电控箱等组成如图2所示7正常情况下工作时,先用方销将无缝钢管的一端固定在螺纹管模轴起始端托管架(焊接主座端面)内,然后开启电控箱内正转按钮,电动机通过减速器一齿轮一传动轴,带动螺旋卷管机转轴每分钟1O转的速度旋转,完成后,按停止按钮;先将副座后退至机座末端,再取出方销将卷好的螺旋管拿下来。2.2 螺旋纸管(罐身)的成型原理 螺旋卷绕法卷制复合罐罐身,纸管及纸芯,由于生产率高,用科省,易于实现自动化等优点而被广泛应用8。许多资料都简要介绍过这种成型方法的基本原理。下面试图作较深入的理论分析,以便必要时作为参考。2.2.1 概述螺旋卷绕法卷制纸管(罐身)的基本成型原理如下图所示:1驱动皮带轮;2成型皮带轮;3面纸;4中层纸;5内衬纸;6固定芯轴图3 螺旋卷绕法卷制纸管(罐身)的成型原理 由上图可知,纸管壁由内衬纸、中层纸和面纸组成,通常纸管内衬纸和面纸用轻质薄纸。为了减小卷绕时内衬纸和芯轴之间的摩擦力,要求内衬纸的内表面光滑。并且常在卷绕时于内表面涂腊以降低摩擦系数。中层纸用表面粗糙的重质纸,如650gm。的板纸。复合罐罐身的内衬纸常用纸塑或铝塑复合薄膜9, 而中层纸用200-300m 的中质纸。工艺过程:先将各层纸的原料纸按要求裁剪成一定宽度的窄长纸条。接着在芯轴上卷绕内衬纸,制复台罐罐身时烫封螺旋接缝。然后,将施以粘胶的各层纸,分别按一定的角度一层层重叠一起螺旋卷绕到固定芯轴上。每层的螺旋接缝,由其相邻的外层纸覆盖10。卷绕成型皮带按纸条同样的方式绕在纸管的外表面,它由两个转向相反的驱动轮同时驱动。皮带对纸管的裹紧力使各层纸互相粘牢,皮带与面纸外表面的摩擦力使纸管在固定芯轴上向前作螺旋运动,从而连续不断地卷出纸管。卷成的纸管定型后即可按一定规格切断,晾干后便成要求的纸管,复台罐罐身还需要贴上商标纸或在光滑白色的面纸上印以商标图案后才能切断成罐身11。2.2.2 几何参数分析由几何原理,纸条宽度、芯轴直径和螺旋角的关系12(参考图4)如下:图4 螺旋纸管的几何展开图(三层为例) (1)式中i一一 由内衬纸开始向外计数的层次一一 第i层纸的螺旋角一一 第i层纸的纸条宽度 一一 层纸的厚度D 一一 芯轴直径或者公式如下: (2)式中Di 一一 第i层纸圈的内径 (3)下图5表示纸圈内径、纸条宽度和螺旋角之间的关系:图5 纸圈内径、纸条宽度和螺旋角之间关系曲线设螺距为S,则 (4)如果相邻两层纸圈的螺距不同,则在不断卷绕过程中,会经常出现两层接缝重叠的现象从而影响纸管质量。为此在卷绕时应使所有各层纸圈的螺距相同,即对一批纸管,S是定值。联立解(2)式和(4)式,得 (5)卷制时,可先按芯轴直径和内衬宽(或纸管外径和面纸宽度)确定螺旋角及螺距,然后按式(4)和式(5)计算各层纸的宽度和螺旋角10。通常,中间各层纸条的宽度比计算值小2mm左右,卷绕时会形成间隙以储存多余的粘胶11。2.2.3 受力分析与皮带传动相似,成型皮带和纸管按要求安装好以后,带有一定的张紧力,但比皮带传动的张紧力小,当不工作时各段皮带的拉力相等。工作时各段皮带的拉力出现差异,带在纸管两拉边的力之差值,即为有效拉力F(图6)。其值可按下式计算 (6)式中F1 纸管紧边带的拉力(N)F2 纸管松边带的拉力(N)P 驱动纸管所需功率(kw)v 成型皮带的工作速度(m/s)跟推导欧拉公式一样I ,在皮带上取一徽段d 。微段始端到剜转轴心的垂直距离即为半径冗。该垂足到微段未端中点的距离可近似认为等于 它们的夹角d0 。则另一方面,dl在纸管横截面方向投影dlcosa的计算公式是因此 (7)沿皮带纵向列出垂直和水平各力的平衡式,考虑(7)式,并使F在F2到F1 ,在0到2范围内积分,即得成型皮带螺旋卷绕一向的欧拉公式 (8)式中f 皮带与纸的摩擦系数联立(6)式和(8)式得: (9) (10)为驱动纸管旋转的力,为推动纸管向前运动的力19。图6 成型皮带轮受力分析图2.3 螺旋焊管的成型原理在研究螺旋焊管的成型原理时必须对辊形设计、预弯定位、成型控制以及弯板棍的适用性等问题进行研究,这里主要介绍预弯定位和成型控制方法。2.3.1 成型预弯的定位预弯与定径是螺旋焊管成型过程中的主要工序。预弯的主要目的是解决管坯的弹复问题,因为弹复的大小直接影响钢管的内在质量;定径的主要目的是为了得到更加精确的管坯直径,因为直径控制是钢管的主要质量指标之一。预弯与定径之间需要有一个合适搭配才能得到理想的钢管管坯13。带钢(中性层)弯曲与弹复的状态示意图如下图7所示,通过对状态示意图的分析来解决成型预弯的定位问题14。图7 带钢的弯曲和弹复示意图由图可知,定位必须以G点为基准点,,使定径弧、预弯弧、弹复弧在G 点公切。因为只有这样的定位方法才能满足预弯弧在定径套内的充分弹复。为了便于叙述我们可以把这种方法叫做“公切”定位法。按G点公切设置的不同弹复状态可以找出以下几种预弯定位示意图:等量预弯设置示意图、正弹复设置示意图、负弹复设置示意图、适量成型设置示意图等。实际意义的适量成型是不存在的,因此使用这种方法时应当有相应的辅助控制手段。下面是四种示意图:图8 等量预弯设置示意图 图9 正弹复设置示意图 图10 负弹复设置示意图图11 适量成型设置示意图除了上面四种“公切”定位法外还有“非公切”定位法,这里就不再注重介绍。2.3.2 成型控制方法螺旋焊管成型技术中成型控制过程也是很重要的部分,成型控制方法主要有三种:公切、正压预弯法,公切、偏压预弯法,等量预弯法15。公切、正压预弯的含义就是在预弯成型的控制过程中(见图12) ,预弯弧( R2z) 、弹复弧( R3z) 与定径弧( Rz) 在3 # 辊处公切,内压辊的力作用线( F2) 与预弯弧( R2z) 的垂直中心线相重合,即内压辊的作用力垂直正压。图12 公切、正压预弯法1- 带钢 2-带钢输入定位辊(0#辊) 3-预弯下棍(1#辊)4-预弯上辊(2#辊) 5-定径辊 6-预弯下辊(3#辊)图13 公切、偏压预弯法1-带钢 2-带钢输入定位辊(0#辊) 3-预弯下棍(1#辊)4-预弯上辊(2#辊) 5-定径辊 6-预弯下辊(3#辊)公切、偏压预弯的含义就是在预弯成型的控制过程中(图13) ,预弯弧( R2z) 、弹复弧( R3z) 与定径弧( Rz) 在3 # 辊处公切,内压辊的力作用线( F2) 相对预弯弧( R2z) 的垂直中心线有一个偏转即内压辊的作用力呈偏心压下。等量预弯的含义就是在成型的控制过程中(图14) ,预弯半径R2z与拟定的管坯半径Rz 之值相等且重合。显然,本方法是公切、正压预弯法和公切、偏压预弯法中的一种特例情况,单独提出的原因在于这种情况的典型性和应用的普遍性。图14 公切、等量预弯法1-带钢 2-带钢输入定位辊(0#辊) 3-预弯下棍(1#辊)4-预弯上辊(2#辊) 5-定径辊 6-预弯下辊(3#辊)3 卷管机研究过程中所遇到的问题和解决方法 卷纸机构主要卷针和伺服电机组成,作用是将送到卷针里的纸片卷绕成纸管。在整个结构设计中,关键环节是送料机构和往复运动机构以及各个模块之间相位的匹配。送料机构和往复运动机构是纸管机能否连续精确送料、实现自动化的基础;各个模块的协调一致,是保证生产线正常工作的关键1。送纸机构将型纸从堆纸台送至卷绕装置,安装在其输出构件上的送纸吸嘴的一个运动周期分为:吸纸、输纸、喂入和取纸四个阶段。在工作过程中,要求送纸吸嘴在吸纸和喂人两个阶段处于停歇状态,并有较高的停歇精度,保证在吸取和喂人型纸时的准确性;另外还要求送纸吸嘴在输纸、取纸两个阶段有较好的运动平稳性,以保证卷制出的纸管有较高的品质。由于送纸吸嘴在两个近似停歇阶段均有较大的波动,故在送纸过程中有颤动,这些现象影响了送纸吸嘴的工作性能。分析其原因,发现该现象主要是有气压传动自身的局限性所致,由于平面连杆机构具有运动平稳、结构简单、制造精度高等特点,因此,通过用平面连杆机构替代普通机构来满足输出构件上送纸吸嘴的性能要求16。往复运动机构的用途是将切刀片切成的固定长度的料纸准确的送给卷针。托纸架要实现两个动作:来回往复运动和上下摆动17。往复运动实现纸的运送,摆动实现纸的吸收和放开。往复运动过程中的带轮是主动轮,通过带与纸张之间的摩擦来带动纸的高速旋转。常见的往复运动的机构有曲柄滑块机构、凸轮往复机构、液压气动往复机构、丝杠螺母机构等。前两种机构在实现较大行程时占用空间过大,后两种机构成本偏高。并且以上一套机构只能实现一个方向的往复17。为了实现两个方向的往复运动,低成本,结构紧凑等要求,需提出一种新型复合往复运动机构。纸管是有十几层或二十几层纸卷绕而成的纸筒,这多层纸中最内层纸的内层不涂胶,最外层纸的外层不涂胶,其余层双面涂胶。这些纸在卷管机上加温、加压捂接卷绕,经后序加工及定性处理而制成的一种专用纸管制品。在纸管生产工艺中很关键的一个问题是卷绕粘合强度,因为卷绕粘合的好坏,直接影响着纸管的耐蒸煮性能及使用寿命,而影响粘合质量中的一个重要因素是热辊的表面温度18。因此热辊功率确定的正确与否,不但直接影响着产品质量,也影响能源的利用率,是生产中迫切需要解决的问题。为了解决这个问题,用温度传感器间断供电的方式来控制温度。参考文献1关玉明,王兴,肖艳春,王欢.自动纸管机的设计与分析.机械设计与制造 第5期,2009年5月2司炳艳,颜丹轲.三辊卷管线压力的控制与调节.工程塑料应用 第1期,1987年3张善禹,俞蕾,张雷.国产卷纸机的发展和现代卷纸机几种结构功能的分析. 上海造纸 第27卷 第1期4汪玲玲 译.Sodahech:自动宝塔纸筒机与螺旋纸管卷绕机.国际纺织导报,2009年 第4期5夏建芳,田强,叶南海.螺旋传动效率测试系统开发. 湘潭大学自然科学学报,2003年6月6曲恩.三辊螺旋传动的研究.机械设计与研究第21卷 第4期,2005年8月7葛令芝.简易螺旋卷管机的研制.煤矿现代化 总第88期,2009年第1期8童申.复合罐制造技术及其发展现状.包装与食品机械,1987年4月9许镇宇.机械零件.人民教育出版社,1981年10于云满.螺旋卷纸芯机的设计研究.包装与食品机械,1986年2月11唐志祥.螺旋纸管(罐身)成型原理分析.无锡轻工业学院学报 第10卷 第1期,1991年12莫施宁(前苏联).弯卷机和矫正机.徐鲤庭译.机械工业出版社,1958年13白忠泉.螺旋焊管的成型技术. 焊管 第27卷 第3期,2004 年5 月14白忠泉.一种具有辊形轮廓线与螺旋管坯相吻合的内压辊.中国专利,2002年9月15侯杰茹,孟建军,陈光伟.自动卷管机送至机构的优化设计.机械设计,2000年5月16关玉明,王兴,肖艳春,王欢.新型复合往复运动机构的设计及其在纸管机中的应用.机械设计与制造 第6期,2009年6月17王忠孝.卷管机热辊功率的理论分析.纺织器材 第21卷 第2期,1994年3月18汪焕心.电脑数控螺旋斜卷纸管机.轻工机械,2003年 第2期19王春行.液压伺服控制系统.机械工业出版社,1981年20赵波.液压技术在卷管机上的应用.液压与密封,2006年 第3期21侯杰茹,高胜利,孟建军,王炜.用高速摄影技术研究卷管机送纸机构的运动规律.天津纺织工学院学报 第19卷 第4期,2000年8月22 Joseph F Hanion.Handbook of Package Engineering2nd McGraw-Hil1,198423Syathes.s CommuaicatlozJuneJuly,198524W.Nadolski. Dynamie investigationof loads on gear teeth in single gear transmission.Archive of Mechanics 61(1991)523-53125M. Strano. Automatic tooling design for rotary draw bending of tubes. Int J Adv Manuf Technol (2005) 26: 733740单位代码 02 学号 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计文献综述 院(系)名称工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 2011 年3 月 10日黄河科技学院毕业设计说明书 第II页螺旋纸管生产线卷管机设计摘 要 卷管部分是螺旋纸管生产的最主要的一部分。在此设计的螺旋纸管机适用于造纸、纺织、地毯、薄膜、食品、轻工以及其它行业各种品质和规格的纸管生产,特别是化纤丝厂用纸管生产。皮带缠绕方式采用双导程缠绕传动方式,又加上四机头的设计,这些都可保证芯轴的受力平衡和卷管过程的稳定,从而保证纸管的质量,使该设备更能轻松完成纸管的加工。本设计部分给出了纸带宽度与卷管直径的关系,并且对不同卷管直径的各层纸带宽度做了具体计算。通过对普通V带传动、链传动、锥齿轮传动以及花键轴的设计、计算和校核,比较详细地对各传动部分做了具体分析,以确保其在实际生产中稳定高效地工作。关键词 螺旋卷管机/纸管/双导程缠绕/四机头Paper Tube Machine of Spiral Paper Tube Production LinABSTRACT Rolling paper tube part is the most important part of the spiral paper tube production. In this design, the spiral paper tube machine is applicable in the paper making, textile, carpet, film, food, light industry and other industries for a variety of qualities and specifications of the paper tube production, especially in the production of chemical fiber silk mill paper tube. Winding way of the belt is dual lead winding drive way, coupled with the four-head design, which can ensure the force balance of the mandrel and the stability of the rolling process to ensure the quality of paper tube and make the device more easily to complete the paper tube processing. the design part presents the relationship between the width of paper reel tape and the diameter of volume , furthermore make a specific calculation on the paper reel tape width in different layers corresponding to different diameters of the volume. Through the design, calculation and verification of the ordinary V-belt drive, chain drive, bevel gear and the spline axis, the paper do a detailed analysis in each part of these drives to ensure the stability and efficiency in the actual production work .KEY WORDS spiral paper tube machine, paper tube, dual lead winding , four-head design 黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV页目 录1 绪论11.1 纸管11.1.1 纸管的分类及用途11.1.2 纸管的结构形式及材料21.2 螺旋纸管机31.2.1 纸管机的概述31.2.2 螺旋纸管机41.3 本课题研究的背景51.4 探究本课题的研究意义61.4.1 包装机械的发展历程61.4.2 纸制品包装的发展历程71.4.3 纸管机的发展历程82 卷管机的工作原理和设计方案92.1 螺旋纸管机的工作原理92.1.1 纸架部分92.1.2 上胶部分92.1.3 卷管设备92.1.4 切断部分102.2 卷管机设计方案的确定103 总体设计计算123.1 螺旋卷管机的几何计算123.1.1 概述123.1.2 纸带的几何计算133.1.3 平带拉力163.2 电机的选择173.2.1 功率的计算173.2.2 电机的选择173.3 减速器的选择183.3.1 转速的计算183.3.2 传动比的分配183.3.3 减速器的选择183.4 V带传动计算193.4.1 确定计算功率193.4.2 选择V带的带型193.4.3 确定带轮的基准直径并验算带速v203.4.4 确定中心距a并选择V带的基准长度Ld203.4.5 验算小带轮包角213.4.6 计算带的根数z213.4.7 计算单根V带的初张紧力的最小值223.4.8 作用在轴上的力即压轴力的最小值(Fr)min及带轮的结构设计223.5 链传动的设计233.6 齿轮传动253.6.1 第一组锥齿轮的设计、计算及校核253.6.2 第二组锥齿轮的设计、计算及校核363.7 轴的设计和校核493.7.1 第一根轴的设计、计算和校核493.7.2 花键轴的设计、计算及校核513.7.3 花键的挤压强度校核573.7.4 键联接的强度验算583.7.5 轴承寿命的计算59结束语63致 谢64参考文献65黄河科技学院毕业设计说明书 第67页1 绪论1.1 纸管纸管是工业生产的常用物品,目前纸管已经广泛应用于各种领域,它即可以作为各种卷筒纸和纸板的内芯,也可作为合成长丝、涤纶、丙纶、氨纶等所用的纺织纱管,如食品包装,农膜,造纸,纺织等行业,尤其是用于纺织业的纸管已逐步取代锥形纱管。1.1.1 纸管的分类及用途纸管主要包括缠绕膜纸管、胶带纸管、保鲜膜纸管、热电偶纸管、塑料薄膜纸管、造纸用管、皮革纸管、铝箔纸管、高强度纸管、化纤纸管等,适用范围比较广,用量比较大。随着我国经济快速发展,纸管机、纸芯、纸管产品以其成本低、质量轻、易回收、无公害等优点,在纸管机、造纸业、包装业、纺织化纤业得到了普遍应用。根据行业有应用,可以将纸管具体分类如下:1) 化纤工业用管:主要有DTY管、POY管、FDY管、锦纶管、氨纶管、氨纶包覆纱管 2) 薄膜工业用管:有BOPP、PET、PVC、BOPA、CPP、农用地膜、保鲜膜、缠绕膜、塑料袋用管(超市用)、镀铝膜、电工电容膜、丙膜、烟膜 3) 印刷工业用管:主要应用于卷桶印刷、薄膜印刷、纸张印刷、新闻纸、纱管纸、白板纸、传真纸、票据纸、水松纸、铝泊纸、书写纸、彩色羊皮纸、口杯纸、利乐保鲜纸、其他 4) 冶金工业用管:铝板、钢板、铁板等卷材 5) 包装用管:医疗器械、书画、食品罐等外包装 6) 测温用纸管:钢水测温 一次性热电偶 7) 取样器用纸管 8) 传真机用纸管 9) 电池纸管 10) 桥梁建筑用管1.1.2 纸管的结构形式及材料1(1)纸管的结构形式纸管按其制造工艺分为三种形式:螺旋卷绕式、搭接式和平绕式。螺旋卷绕式纸管通常使用几种材料倾斜卷绕而成,搭叠边是倾斜的。搭接式纸管是先将纸板冲切成坯料,再成型粘接而成。平绕式纸管由片材卷绕数层制成,内外层的接缝位于同一直线上。通常,螺旋卷绕式纸管都是圆的,近年来也能卷绕各种异形纸管,但技术比较复杂。其它两种形式比较容易制造矩形或椭圆形等截面的纸管。特别是搭接式,还能容易地制成圆锥形的纱管。搭接方式又可分两种:其一是先将原材料用粘合剂复合,再冲切成坯料以后在芯轴上成型搭接;第二种先将原材料分别冲裁成同样大小的坯料,然后在芯轴上一层层成形粘合。第二种方式可使各层的搭接缝互相错开,以提高接缝的强度和密封性。螺旋卷绕法具有制管速度快、用料省、易于实现自动化等优点,是一种最为经济合理的方法,而且可卷成任意长度的纸管,故得到广泛的应用。就容器的强度而言,螺旋卷绕式的要差一些;就大型容器在贮运中的抗破损能力来说也是平绕式容器优于螺旋卷绕式的。(2)卷绕纸管的各层纸有着不同的要求纸管壁由内衬纸、中层和面纸组成。通常,内衬纸用轻质薄纸,为了减少卷绕时内衬纸和芯轴之间的摩擦力,要求内衬纸的内表面尽可能光滑,而外表面则要求有较好的粘合性。制造一般纸管的内衬纸可用单面牛皮纸为基材,有时在其光滑内表面上复合一层铝箔,铝箔上再涂一层光滑的涂料,最大限度的降低摩擦系数。有时也采用羊皮纸、塑料薄膜、真空镀铝纸、镀塑铝箔等为内衬纸。选用中间层材料时应考虑罐身有足够的耐破度,能经受住与金属罐同等的堆码压力和侧向压力。罐身一般用未漂牛皮纸板制造,也可以用再生牛皮纸板或以草浆为主的牛皮纸板。纸表面至少有一面是不光滑的,以得到良好的着胶效果。一般制罐罐身用纸的定量为(200300)gm2,厚度公差为0.3,水分含量小于71,透水试验2080s,断裂强度中等。制纸芯用纸管时用定量650gm2以上的或更厚的纸板。 外层纸或商标纸通常,应具备制作标签的性能,并选择美丽的色调,使外表美观;另外还要考虑与中间层的粘结性、表面摩擦系数、遮光性、保香性、耐热性、耐湿性、耐水性等。可使用铜版纸、塑料薄膜、铝箔等材料。一般复合罐可用100gm2的一面光滑的白牛皮纸;出口罐常用60gm2的褐色牛皮纸,外表复合一层9m的标签铝箔。芯轴纸管外层纸可用轻质纸即可。粘合剂粘合剂的选择主要考虑作业性、安全性、初粘力、速干性等。外层用粘合剂要考虑对外界条件的适应性。淀粉浆糊、凝胶等高粘性粘合剂,流动性差而适合于纸筒卷绕机使用,且价格便宜;硅酸盐粘合剂粘性强,固化后变硬,纸筒刚性好,成本也最低。1.2 螺旋纸管机1.2.1 纸管机的概述(1)纸管机:纸管机,顾名思义,就是生产卷纸管的机械,它是以单光面牛皮纸为原料,经过切刀成片,将其卷成纸管的设备15。生产的卷纸管应用于各个行业,有纤工业用管、薄膜工业用管、印刷工业用管、造纸工业用管、皮革工业用管、食品包装用管、展览行业用管等19。卷管机一般由四部分组成:送纸装置、上胶装置、卷管设备和切断部分。(2)纸管机的分类:纸管机按其制造工艺分为螺旋纸管机、平绕式纸管机和搭接式纸管机。按力的传动方式分为芯轴主动和芯轴被动,其中,芯轴主动的方式适合于卷制大直径的纸管,而对于小直径的纸管,芯轴主动和芯轴被动卷制的产品性能差不多,但是芯轴主动的纸管机设备和操作要比芯轴被动的复杂的多。按浸渍材料与芯轴缠绕角度分为平绕和斜绕。另外还可以按辊长划分为多种规格的纸管机23。(3)纸管机适用范围及应用领域:纸管机生产的纸管适用于烟花、布芯、电化铝、棉纱、传真纸、保鲜膜、卫生纸等,通常应用于食品包装、农膜、造纸、纺织等行业。1.2.2 螺旋纸管机(1)概述普通螺旋传动是螺母和螺杆组成的传动副,可以实现螺杆或螺母的轴向移动。主要把回转运动变为直线运动以传递运动或动力,但不能连续传递被加工件23。卷管机的螺旋传动则完全不同于普通的螺旋传动,它是螺旋传动的变异,它可以传递被加工件,它具有使被加工件既转动又作轴向移动的功能,并可以实现连续加工连续进给,可应用生产线上24。螺旋纸管机,属纸管机械类。适用于各行业对各种品种和规格的纸管生产,特别是化纤长丝厂用纸管生产。由纸架部分、上胶部分、机架部分、机头部分、面纸部分、切断部分等组成18。螺旋纸管机的用途与特点:1、将适宜定量、宽幅的纸带,卷绕成所需要内径及壁厚的平行螺旋状纸管2、采用三主动无级调速驱动辊轮,皮带不打滑,芯轴变形小,皮带压力大,卷绕力强,动力传递效率高,纸管强度好,外表平整。3、具有自锁功能,摆臂角度调整后能自动锁定无晃动。4、带自动跟切装置,切口齐整无翘角,切营长度自选可调。一至两人操作。(2)简易螺旋纸管机的结构25螺旋卷管机有以下几部分组成:电机、减速器、螺旋转轴、主座、副座、行走丝杠、拖轮装置、床体滑道、机体、电控箱等组成如图1-1所示:1-电机;2-减速器;3-齿轮;4-齿轮;5-主座;6-螺纹管模轴;7-托轮装置;8-副座;9-床体滑道;10-行走丝杠;11-行走丝母;12-三角带;13-电控箱图1-1 简易螺旋纸管机结构图1.3 本课题研究的背景纸管,是工业生产的常用物品,广泛应用于热电偶、纸制品、塑料、布匹、农膜、地毯、食品包装中,目前国内现有纸管生产的现状,除去用简陋设备而自行生产的低档纸管外,为化纤长丝厂以及其它行业对纸管技术性能指标有要求的生产纸管的设备,大都是由国外进口,这是由于国内生产设备技术水平不高,尚无制造高品质纸管的这类设备,这种进口设备价格的高昂是显而易见的。但是这类国外进口的设备在结构上并不先进、合理,占地面积大,而且生产质量不稳定。例如纸架部分,国外进口机组采用管纸条盘平行放置,单边长度达5.8米。又如上胶部分,全部纸条进入大胶槽中挂胶,大胶槽要容下双边十余层纸上胶,胶槽体积相当庞大而复杂,上胶后分层刮胶,单一个刮胶设备单边六层纸就需高度3米以上,占地2.5米之长,层数加多,则高度仍需加高。这两项设备不仅占地面积大,结构复杂,而且不能保证工序质量。特别是进口设备采用了液压、电脑等控制部件及执行元件,使得操作和维护都要求有较高技术的工人来操作,给我国当前纸管行业的现状带来了极大的困难,不能适应我国国情,再加上配套件、甚至原材料都得依靠进口,使得高品质纸管生产的企业困难重重,极大程度的限制了当前我国高品质纸管的生产供应20。 虽然目前高品质纸管可以不完全依赖进口,充分发挥这些现有进口设备的作用,还有待一个时间来解决。因此,我国高品质纸管生产的水平的提高亟待解决,现阶段急切需要能适应我国国情又能生产出高品质纸管的设备来充实我们的市场。1.4 探究本课题的研究意义1.4.1 包装机械的发展历程1包装机械是包装工业的一大门类产品,在包装工业中有着举足轻重的地位和作用,它给行业提供必要的技术设备,以完成产品的包装工艺过程。尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大,不属于经常性消耗品,但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑。它为包装工业提供先进的技术装备,保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小,因而获得较强的生命力,带来巨大的社会效益和经济效益。没有现代化的包装机械,就没有现代化的包装工业。包装机械作为专业性机械,除了普通机械的一般要求外,还有外表美观、传动装置紧凑、运转平稳、精度高、生产效率高等要求,以很好地完成自身功能,适应市场需求。随着人民生活水平的不断提高,对商品的包装提出了更高的要求,哪里有商品,哪里就有包装,可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广,广泛用于食品、医药、化工、军工等各个行业,被称为是“朝阳产业”。今后中国包装机械市场发展将呈现以下特点:首先,包装机械技术含量日趋增加。中国现有的一些包装机械产品技术含量不高,而国外已将很多先进技术应用在包装机械上,如远距离遥控技术(包括监控)、步进电机技术、自动柔性补偿技术、激光切割技术、信息处理技术等。其次,包装机械市场日趋垄断化。目前中国除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规模和优势外,其他包装机械几乎不成体系和规模,特别是市场上需求量大的一些成套包装生产线,在世界包装市场中均被几家大包装机械企业(集团)所垄断。最后,包装机械零部件生产专业化。国际包装界十分重视提高包装机械加工和整个包装系统的通用能力,所以包装机械零部件生产专业化是发展的必然趋势,很多零部件不再由包装机械厂生产,而是由一些通用的标准件厂生产,某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产,真正有名的包装机械厂将可能是组装厂。产品向多功能与单一、高速两极化发展。包装机械的最终作用在于提高生产效率和产品多样化。1.4.2 纸制品包装的发展历程纸制品包装技术有着非常悠久的历史,从公元前200年,蔡伦发明了造纸术,纸制品包装业也随着发展起来。现代纸制品包装始于工业革命,1817年,美国人约翰迪肯森发明圆网造纸机,用纯纸废纸浆制造出各种规格的纸板及多层纸板。随着时间的发展,现代又出现了如塑料与纸复合、铝箔复合纸板等复合材料,以及符合集装运输、超级市场需要的集装化、标准化的各种规格的纸包装容器。纸制品包装相比较其他材料包装有以下优点:1、价格低廉、经济节约 纸和纸板原料丰富,来源广泛,易大批量生产,生产成本低。同样的包装箱,用木材直接做成木箱与木材造纸做成纸箱相比,纸箱的用料只是木箱的1/3左右,因此节约木材和费用。纸箱重量轻,约为木箱包装毛重的15%左右,可降低包装成本和运输费用。2、防护性能好 与其他材料的包装容器相比,纸容器的缓冲减震性能比较强。纸箱结构紧密无缝,能遮光防尘。3、生产灵活性高 纸张可裁挠、折叠、又易粘、易钉、适于机械化加工和自动化生产;也可较小规模地非机械化,甚至手工生产。4、贮运方便 纸容器质轻、折叠灵活、装载和捆扎都简便易行,也比较容易搬运和保管。5、易于造型装潢 纸制品能根据不同的商品,设计出各式各样的箱型、盒型。6、环保无污染 纸有卫生、无毒、无味的特点,纸还可符合有呼吸作用的商品的贮存条件。7、回收利用性好 纸可直接回收利用,或用废纸再造纸,对环境不产生污染。纸制品包装是对环境友好的包装。1.4.3 纸管机的发展历程我国很早就有纸管生产,但手工制作产量小。1980年后,从瑞典、法国、美国、丹麦等国引进了几十条生产线,目前,发展潜力非常大。 纸管机属于包装设备行列之中,近几年市场需求量不断增大,纸管的用途也越来越广泛。总之,纸管行业是一个可以深远发展的行业。现如今,螺旋纸管机在包装机械行业中依然处于不错的增长状态:产销依然上升、利润增速迅猛、出口增加,是机械行业中表现突出的一个“亮点”行业。卷纸管机生产制造上,专业化生产已成为趋势。 纸管包装机械厂商都十分重视包装机械与整个包装系统的通用能力,一些通用标准件不再由包装机械公司生产,某些特殊的零部件则由高度专用化的生产厂家生产,而真正的包装机械公司在某种意义上是组装厂。中国纸管包装机械起步较晚,经过20多年的发展,纸管包装机械已成为机械工业中十大行业之一,为我国包装工业快速发展提供了有效的保障,有些纸管包装设备填补了国内空白,已能基本满足国内市场的需求,部分产品还有出口。但在目前,国包装机械出口额还不足总产值的5%进口额却与总产值大抵相当,与发达国家相去甚远。纸管包装机械要将其他领域的先进技术应用在包装机械上,如机电一体化技术,热管技术、远距离遥控技术、自动柔性补偿技术等,使产品技术性能大幅度提高20。但我国纸管机械制造设备的性能与国外同类设备的先进水平存在一定差距,一般认为主要反应在设备的技术含量上。重视高新技术的应用已成为提高设备的先进性、可靠性的主要途径19。2 卷管机的工作原理和设计方案2.1 螺旋纸管机的工作原理螺旋纸管机,主要适用造纸、纺织、地毯、薄膜、食品、轻工以及其它行业各种品质和规格的纸管生产。特别适用于化纤丝厂做绕丝器上用纸管的生产而用的设备。该设备占地面积小、结构灵巧、制造成本低、使用可靠、能适应我国当前国情、又能生产出高品质纸管,维护简单、操作方便的螺旋纸管机13。螺旋卷管机一般由四部分组成:纸架部分、上胶部分、卷管设备及切断部分2。2.1.1 纸架部分纸架部分主要是用来提供盘纸的收放装置,纸架部分的主架固定在底架上,管纸条盘固定安装在主架两侧外端,立式并排安置,可减少占地面积。另外,这样的布置极有利于管纸条盘的更换,操作方便,一盘盘管纸条盘按序排列好,管纸由条盘处引出经主架中部装置的转向辊转一个90至上部的管纸引出的出纸辊而引出,由于纸架部分是左右对称设置的,两边的管纸同时向机架部分的方向引伸,同时经过左右两个对称布置的上胶部分。整体框架形结构的纸架安装在机架部分的位置可随纸管种类要求而调整,以保证管纸行走中受力均匀。2.1.2 上胶部分上胶部分由机架及机架支腿组成门形结构,其上左边装有单边上胶轮部分,中间装有盒形胶槽部分,右边装有刮胶器,左右两边装有导纸架。单边上胶轮两侧装有过轮各一个,下端沉浸在胶槽中。盒形胶槽上端装有胶槽漏斗,中部开有多个过胶槽,过胶槽两边装有柔性刮胶板,挡胶盒装在第一层过纸槽中。下端装有收胶漏斗及盛胶桶。挡胶盒安装的数量及安装的位置可根据纸管种类的不同要求而设置。2.1.3 卷管设备卷管机主要由机头部分和机架部分组成。机头部分装在机架床身的托板上,两个对称皮带轮部分装在托板上,用燕尾槽与托板连接,用燕尾导轨调整螺钉来调整间隙,托板内装有移动皮带轮部分的丝杠、螺母及手轮,用来调整皮带轮前后移动,调整皮带的松紧,并根据不同管径来调整皮带缠绕质量。皮带轮对称安装在芯轴两边,其上绕有传动皮带,传动皮带的缠绕方式是采用一根完整皮带,两边绕在皮带轮上,在芯轴上采用双导程缠绕方式,皮带的接头在空间扭曲转过180成环形。在调整好皮带后,两个皮带轮对称施力于芯轴上,受力均匀,而不会使芯轴产生弯曲的受力状,皮带轮的动力来源是通过下方一对锥齿轮而与花键轴接通,花键轴是通过装在床身的励磁调速电动机、蜗杆减速器、中间轴和又一对锥齿轮而传动花键轴转动。另外,中间轴又通过链传动把动力传给另一组皮带轮。这样,四机头的设计就可保证芯轴的受力平衡和卷管过程的稳定,从而保证纸管的质量,同时,使该设备更能轻松完成纸管的加工。2.1.4 切断部分切断部分的纸架安装在床身上,纸架上装有带滚轮的滚轮架,可沿床身长度方向移动,滚轮架上装有调整钉,调整摆动体摆动的距离,摆动体上装有刀盘体,刀盘体一端设置有手把以便操作者握此手把进行切断。刀盘与滚动架沿床身长度方向移动的距离在芯轴长度以内。此螺旋纸管机生产过程:原材料纸管条盘放置在纸架部分上,其数量是根据纸管不同种类要求而设置,同时两边对称设置。管纸经上胶部分上胶并经刮胶使其均匀而至机架部分的芯轴上,经螺旋缠绕而后至机头部分的传动皮带处,经传动皮带带动纸管旋转而向前移动,再经面纸部分上面纸即可成形了,同时按纸管不同种类的要求,由切断部分按长短切断,切断后的纸管根据要求还要进行开槽、卷边等工序,即可成为成品管出厂。2.2 卷管机设计方案的确定卷管机的设计主要从四个方面入手,引纸装置,动力传递过程以及各个参数的调节方法,具体措施介绍如下28:1、 对于6-12层的纸管,可在尾座部分两侧各安装一个引纸机构,纸带从引纸机构中穿过,每侧最多可通过6层纸,通过人工缠绕纸带到芯轴上,其中一侧的引纸机构最上层和另一侧引纸机构的最下层为单面上胶,即所有卷纸的最外层的外面不上胶,最里层的内层不上胶,其它各层为双面上胶,以使所卷纸管的最内层和最外层为单面上胶,其余各层为双面上胶。2、 根据纸带宽度大小可确定纸管卷绕的螺旋角,将托板搬转此角度,把闭合平带缠绕在芯轴和辊筒上,缠绕方式是以纸花的形式做双导程螺旋缠绕,再转动手轮带动丝杠转动,通过丝杠螺母副使螺母移动,与螺母焊接的销带动齿轮箱从而带动辊筒在托板上的移动,两个辊筒可以在两边分别进行调整,以使平带张紧。两组辊筒进行同样的调整。3、 动力源的传递过程:动力源为励磁调速电机,通过V带传动把动力传递给蜗杆减速机,再通过联轴器传给齿轮轴,然后通过一对锥齿轮传动动力给花键轴,以实现其传动方向的垂直改变,再通过另外一对锥齿轮把动力最终传给辊筒,两辊筒转动方向相反,通过平带与纸带的摩擦力带动纸管卷绕并向前移动,来完成螺旋纸管的卷管过程。与此同时,齿轮轴上装有链轮,通过1:1的链传动把动力传递给另外一组与之完全相同的辊筒,由于传动比为1,两组辊筒螺旋角相同,所以其卷绕速度相同,可以平稳地带动纸管运动,并使卷管过程更容易实现。4、调整的方法:(1)螺旋角调整的实现:支撑板上开有T形槽,托板上装有T形槽用螺栓,通过T形槽用螺栓在T形槽中的移动来实现螺旋角的调整。调整好之后,通过螺栓上的螺母拧紧。(2)辊筒在托板上位置的调整: 转动手轮带动丝杠转动,通过丝杠螺母副使螺母移动,与螺母焊接的销带动齿轮箱在托板的燕尾形导轨上的移动,进而实现辊筒在托板上位置的调整。5、本设计对比现有技术具有如下优点:(1)关键部位采用了新颖结构,使机器技术水平大为提高。如采用的双导程皮带缠绕传动方式,不仅简化了传动方式,而且保证芯轴受力均衡,使纸管质量得到了保证。(2)减小了机器尺寸,节约了占地面积,充分提高了厂房使用系数。(3)设备操作简单,维护容易,符合我国目前国情,操作人员不需专门培训即可上岗顶班工作。设备维护及使用方便,考虑了人机工程系数,不停机即可维护和连续作业。(4)四机头的设计使芯轴受力平稳,更能轻松完成纸管的加工。3 总体设计计算3.1 螺旋卷管机的几何计算3.1.1 概述螺旋卷绕法卷制纸管(罐身)的基本成型原理如下图2所示:1驱动皮带轮;2成型皮带轮;3面纸;4中层纸;5内衬纸;6固定芯轴图3-1 螺旋卷绕法卷制纸管(罐身)的成型原理工艺过程:先将各层纸的原料纸按要求裁剪成一定宽度的窄长纸条。接着在芯轴上卷绕内衬纸,制复台罐罐身时烫封螺旋接缝。然后,将施以粘胶的各层纸,分别按一定的角度一层层重叠一起螺旋卷绕到固定芯轴上。每层的螺旋接缝,由其相邻的外层纸覆盖26。卷绕成型皮带按纸条同样的方式绕在纸管的外表面,它由两个转向相反的驱动轮同时侍动。皮带对纸管的裹紧力使各层纸互相粘牢,皮带与面纸外表面的摩擦力使纸管在固定芯轴上向前作螺旋运动,从而连续不断地卷出纸管。卷成的纸管定型后即可按一定规格切断,晾干后便成要求的纸管,复台罐罐身还需要贴上商标纸或在光滑白色的面纸上印以商标图案后才能切断成罐身13。3.1.2 纸带的几何计算螺旋卷绕法卷制纸管的成型原理如3-1图,螺旋纸管的几何展开图如3-2图。图3-2 螺旋纸管的几何展开图(三层为例)纸带宽度、纸管内径、螺旋角和螺距之间的关系各层纸带的宽度、纸管的内径、卷绕角之间有如下几何关系: (3-1)式中 从芯轴内层起第i层纸的螺旋角; 第i层纸带的宽度 ; Di从芯轴内层起向外计数的第i层纸的纸管内径; (3-2)式中D芯轴直径纸层厚度纸带厚度为0.4-0.5mm,取=0.5mm;纸带宽度、螺旋角与螺距S间的几何关系: (3-3)如果相邻两层纸圈的螺距不同,则在不断卷绕过程中,会经常出现两层接缝重叠的现象,从而影响纸管质量。为此在正常卷绕时应使所有各层纸圈的螺距相同, 即对一批纸管,螺距S是定值,联立式(3-1)和式(3-2)得 (3-4)由上述各式可计算出各层纸带宽度、卷绕螺旋角及螺距。一般可按最内层纸圈的内径即芯轴直径和最内层纸带的宽度确定螺旋角和螺距,然后计算各层纸带的宽度和螺旋角。对于内径为120mm的卷管,取最内层纸带宽度为110mm,即 D1=120mm,b1=110mm,由上述公式(3-2),得:卷绕螺旋角=16.96;圆整=17已知=110mm 根据式(3-3)求出S=115.26mm,圆整为S=115mm。因为S是定值故S=115mm不变。=121mm,S=115mm,代入式(3-4)得:=110.07mm。圆整=110mm,取缝隙=0.07mm。代入式(3-3)得:=16.82依次类推如下:D3 =122mm,S=115mm, =110.15mm,圆整=110mm,=0.15mm,=16.68D4 =123mm,S=115mm,=110.22mm,圆整=110mm,=0.22mm,=16.53D5 =124mm,S=115mm,=110.29mm,圆整=110mm,=0.29mm,=16.40D6 =125mm,S=115mm,=110.36mm,圆整=110mm,=0.36mm,=16.27D7 =126mm,S=115mm,=110.43mm,圆整=110mm,=0.43mm,=16.13D8 =127mm,S=115mm,=110.50mm,圆整=110.5mm,=0mm,=16.08D9 =128mm,S=115mm,=110.57mm,圆整=110.5mm,=0.07mm,=15.95D10=129mm,S=115mm,=110.63mm,圆整=110.5mm,=0.13mm,=15.82D11=130mm,S=115mm,=110.70mm,圆整=110.5mm,=0.20mm,=15.70D12=131mm,S=115mm,=110.76mm,圆整=110.5mm,=0.26mm,=15.57对于内径为65mm的卷管,取最内层纸带宽度为60mm,即D1 =65mm,b1 =60mm,代入式(3-1)得:螺旋角=17.08;代入式(3-3)得:S=62.77mm,圆整S=63mm;所以D1 =65mm,S=63mm,b1 =60mm,=17.08缝隙=0;依次类推如下:D2 =66mm,S=63mm,b2 =60.28mm,圆整b2=60mm,=0.28mm,=16.82D3 =67mm,S=63mm,b3 =60.35mm,圆整b3 =60mm,=0.35mm,=16.56D4 =68mm,S=63mm,b4 =60.42mm,圆整b4=60mm,=0.42mm,=16.31D5 =69mm,S=63mm,b5 =60,49mm,圆整b5=60mm,=0.49mm,=16.06D6=70mm,S=63mm,b6 =60.56mm,圆整b6=60.5mm=0.06mm,=15.59D7 =71mm,S=63mm,b7=60.62mm,圆整b7=60.5mm,=0.12mm,=15.73D8 =72mm,S=63mm,b8 =60.69mm,圆整b8=60.5mm,=0.19mm,=15.51D9 =73mm,S=63mm,b9 =60.74mm,圆整b9 =60.5mm,=0.24mm,=15.30D10=74mm,S=63mm,b10=60.80mm,圆整b10=60.5mm,=0.30mm,=15.08D11=75mm,S=63mm,b11=60.86mm,圆整b11=60.5mm,=0.36mm,=14.88D12=76mm,S=63mm,b12=60.93mm,圆整b12=60.5mm,=0.43mm,=14,68对于65-120mm内其它直径的卷管也可类比计算螺距、纸管各层纸带的宽度和卷绕螺旋角。3.1.3 平带拉力所选卷管纸的材料为纱管纸,其每层纸的张紧力为F=200N1。对直径为Di 的卷轴做受力分析,由力矩平衡得: (3-5)其中:F带是平带的拉力,Ff为卷轴所受摩擦力,,FN是平带对卷轴的压力,由受力平衡得:F带=FN,,查阅手册可知,纸与卷管的摩擦系数为0.3-0.5,故取为0.4.代入式(3-5)得:F带=20F=4000N3.2 电机的选择3.2.1 功率的计算卷管速度v、螺旋卷管的螺距S与卷管转速n有如下关系21: (3-6)v=3-8m/min,取最大速度v=8m/min。卷管内径为D1=120mm时,螺距S=115mm,代入式(3-6)得:功率3 (3-7)代入数据得:卷管内径为D2=65mm时,螺距S=63mm,代入式(3-6)得:功率 所需电动机功率P (3-8)其中:分别是V带效率和减速器效率4,查阅手册得V带效率取=0.9,减速器效率=0.82,代入式(3-8)得:P=2.37KW3.2.2 电机的选择6根据上述所取V带效率和减速器效率5,故选取电机型号为:励磁调速电机YCT160-4B,额定功率PN=3kW,调速范围1250-125r/min,额定转矩为19.2Nm3.3 减速器的选择3.3.1 转速的计算辊筒直径d=260mm,卷管内径为D1=120mm时,辊筒转速: (3-9)若卷管直径D1=65mm,辊筒转速为: (3-10)则辊筒最大转速为=32,11(r/min)。3.3.2 传动比的分配励磁调速电机的转速为n=1250-125r/min,电机转速取为n=1000r/min,从电机到辊筒的总传动比为i=nn=1000/32.1130选取减速器传动比i1=20,锥齿轮组2-3传动比i2=i/i1=30/20=1.53.3.3 减速器的选择已知减速器的传动比很大,故选减速器为蜗杆减速器,其型号为:WPO100-20-E,其传动比为20,中心距为100mm14。减速器的简化画法如下:图3-3 减速器的简化画法实物图如下:图3-4 减速机的外形图3.4 V带传动计算减速器与电机之间通过普通V带连接,传动比i=1,两带轮转速:普通V带传动的设计与计算如下:3.4.1 确定计算功率计算功率Pca是根据传动的功率P和带的工作条件而确定的 (3-11)式中: Pca计算功率,kW; KA工作情况系数,由表13-1-163查得KA=1.2;PN传动功率,在此为电机的额定功率。3.4.2 选择V带的带型由上可知计算功率Pca=3.6kw和小带轮转速n,由图13-1-13选取A型带。3.4.3 确定带轮的基准直径并验算带速v1、 初选小带轮的基准直径dd1由表13-1-103和13-1-113,为了提高V带寿命,条件允许时,基准直径尽量取较大值,故取小带轮的基准直径dd1=100mm (dd1)min=75mm2、验算带速v带的速度v (3-12)因为带速v=5m/s-30m/s,故带速合适。3、大带轮的基准直径dd2已知传动比i=1,则dd2=dd1=100mm,故大带轮的基准直径为100mm。3.4.4 确定中心距a并选择V带的基准长度Ld1、 确定中心距a初定中心距a0 (3-13)代入数据得:故初选中心距a0=300mm。2、 计算相应带所需的基准长度Ld0初定基准长度Ld0 (3-14)代入数据得:由表13-1-53选带的基准长度为Ld=900mm。3、 计算实际中心距a (3-15)将数据代入上式得:考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要,可以得出带轮的最大中心距amax和最小中心距amin (3-16) (3-17)即中心距的变化范围为280307mm。3.4.5 验算小带轮包角由于两带轮的基准直径相等,且 (3-18)得:=180,一般,故适合题意。3.4.6 计算带的根数z1、 计算单根V带的额定功率P1已知A型带,dd1=100mm,n1=1000r/min, 查表13-1-183得P0=0.99kw传动比i=1,增量=180, 由表13-1-213,包角修正系数=1;Ld=900mm,由表13-1-223得带长修正系数=0.87; (3-19)2、 计算V带的根数z普通V带及有效宽度制窄V带: (3-20)取5根V带。3.4.7 计算单根V带的初张紧力的最小值由表13-1-23得V带单位长度质量m=0.1kg/m,所以 (3-21)3.4.8 作用在轴上的力即压轴力的最小值(Fr)min及带轮的结构设计 (3-22)由于带轮的基准直径dd1=100mm,且为A型带,查阅13-1-124可知选用实心式带轮。实心式带轮的结构如下10:图3-5 带轮的外形尺寸查阅23-1-69可知,型号为YCT160-4B的励磁调速电机的输出轴的直径 输出轴的长度E=600.37,根据轴颈选择键的类型与尺寸5选择普通平键,键宽b键高h=8x7,故带轮的尺寸如上图所示3.5 链传动的设计滚子链传动的设计与计算电动机通过V带传动驱动蜗杆减速器,然后通过链传动驱动从动机头,所需传递的功率为 (3-23)其中,V带效率=0.9,减速器效率=0.82.由于减速器的传动比i=20则主动链轮转速为:n1=1000/20=50(r/min)1.确定传动比,选择链轮齿数z1、z2传动比i=1,链轮齿数按优先齿数选取z1=z2=21。2.计算当量的单排链的计算功率Pca根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数,将链传动所需传动的功率修正为当量的单排链的计算功率16 (3-24)式中:KA工况系数,由表13-2-34,为1; KZ主动链轮齿数系数,由表13-2-4,为1.11; KP多排链系数,此处为单排链,为1; P所需传递功率,由前计算得,P=2.2kW。代入式(3-24)得:3.选择链条型号和节距 根据计算功率Pca=2.44kW和主动链轮转速n1=50r/min,由图13-2-1选取16A-1。查表13-2-1,链条节距为p=25.4mm。4.验算主动链轮的轴孔直径dk查表13-2-6,由节距p=25.4mm和齿数z1=21,得链轮轴孔最大许用直径dmax=95mm。主动链轮的直径dk=45mm,小于最大许用直径dmax=95mm。故满足要求,不需要调整轴孔直径和节距。5.计算链节数和中心距初选中心距取a0=1000mm。相应的链长节数为: (3-25)代入数据得:Lp0=100节。链条长度为: (3-26)已知:z2=z1=z=21,计算中心距ac (3-27)实际中心距a (3-28)一般故实际中心距a=(999.7-1001.3)mm由于是水平传动,为防止链条脱落,可取实际中心距为1002mm。6.计算链条速度,确定润滑方式平均链速v (3-29)故此传动为低速链传动。由v=0.44m/s和链号16A-1,由图9-145可知采用定期人工润滑。7. 计算链传动作用在轴上的压轴力F有效圆周力: (3-30)链轮水平布置时的压轴力系数KFP=1.15,则压轴力 (3-31)3.6 齿轮传动3.6.1 第一组锥齿轮的设计、计算及校核第一组锥齿轮的传动目的是为了改变传动方向,传动比u=1,则n2=un1=50r/min,由于通过链轮将传动传递到另一组机头,故这一组锥齿轮所需的传动功率减半,为1.1kW。3.6.1.1 锥齿轮传动的初步设计1.选定齿轮类型、精度等级、材料11 (1)所选锥齿轮为正交传动的等顶隙收缩齿直齿锥齿轮,即交错角为90。 (2)本机器为一般工作机器,速度不高,可选用7级精度的锥齿轮。 (3)材料的选择:两齿轮材料均为45钢(调质),硬度为240HBS。2.初步设计 (1)接触强度的初步计算公式: (3-32)式中: d1小齿轮大端分度圆直径,mm; e 锥齿轮类型几何系数,由表14-3-254查得为1200; Zb变位后强度影响系数,由表14-3-264查得为1; 齿宽比系数,由表14-3-274查得为1.629; T1小齿轮转矩,Nm; KA使用系数,由表14-1-81查得为1.25;齿向载荷分布系数,由表14-3-34查得,又; 试验齿轮的接触、弯曲疲劳极限,由表14-3-28查得为650Nmm2; u齿轮传动比,为1;将以上各数代入式(3-32)得: (2)弯曲强度的初步计算公式: (3-33)式中: 由接触强度算得的分度圆直径,按图14-3-516取z1=35;KA使用系数,见表14-1-81可取KA=1.25齿向载荷系数,;YF齿形系数,由式YF=CYFO,C为有切向变位时的修正系数,由图14-3-23,查取为1.0,由图14-3-24查取YF0=2.53,则YF=2.53。试验齿轮的弯曲疲劳极限,由表14-3-28查得为220Nmm2。将以上各数代入式(3-33),得:由以上计算,大端端面模数:圆整为标准值m=6mm。3.6.1.2 锥齿轮传动的几何计算根据所选定的齿形制GB/T12369-199022,按表14-3-24确定如下:1. 齿形角;2. 齿顶高系数h*a=1;3. 顶隙c*=0.2;4. 螺旋角;根据上述计算,5. 大端端面模数m=6;6. 齿数比u=1;7. 齿数z1=35,z2=35;8. 高变位系数x1=x2=0;切向变位系数xt1=xt2=0;9. 节锥角:解得:,则10.大端分度圆直径d11.外锥距R12.齿宽b齿宽系数,可初选。取齿宽b=45mm10m=60mm,满足要求。13.齿宽系数14.平均分度圆直径dm15.中锥距Rm16.平均模数mm17.大端齿顶高haha1=ha2=mh*a=6mm18.全齿高h19.大端齿根高hf20.大端齿顶圆直径da21.齿根角求出=2.776求出=2.77622.齿顶角对于齿顶隙收缩齿23.顶锥角24.根锥角25.安装距A 按结构确定,A1=140mm,A2=141mm26.冠顶距AK27.支撑端距H28.周节p29.分度圆弧齿厚s30.分度圆弦齿厚31.分度圆弦齿高h32.当量齿数zv33.端面重合度 (3-34)式中:将上述数据代入式(3-34)14得:图3-6 第一对锥齿轮3.6.1.3 锥齿轮的强度校核计算1.接触强度校核计算:对于正交传动,计算接触应力12: (3-35)式中: 节点区域系数,由图14-3-27查取为2.50; 弹性系数,由表14-1-105查得为189.8; 接触强度计算的重合度系数,由表14-3-30查得 (3-36)又有当量齿轮的重合度计算如下:(1) 分度圆直径dv(2) 中心距av(3) 齿顶圆直径dva(4) 端面齿形角其中,则=20(5) 基圆直径dvb(6) 啮合线长度(7) 端面重合度(8) 纵向重合度由于是直齿锥齿轮,故,则:将以上数据代入,得接触强度计算的重合度系数: 接触强度计算的螺旋角系数,;接触强度计算的锥齿轮系数,是考虑锥齿轮齿形与渐开线齿形的差异及轮齿刚度沿齿宽变化对齿面接触强度的影响。当齿顶和齿根未经修形时,取=1;使用系数,由表14-1-81查得为1.25;动载系数,计算如下: (3-37)式中:N 临界转数比,即小齿轮转数n1与临界转数nE1之比 (3-38)对工业及车辆传动,建议在亚临界区使用,即vmt中点圆周速度代入(3-38)计算得:K当时,其值为 (3-39)齿距极限偏差,通常按大轮查表14-3-43取20;跑合量,查表14-3-32为c单对齿刚度,取14;Cv12与Cv3时的系数,由总重合度查表14-3-33,分别为作用在锥齿轮齿宽中点端面分度圆上的名义切向力,N,计算如下:接触强度计算的有效齿宽,mm,一般取为将以上数据代入得(3-39):带入式(3-37),则动载系数为:接触强度计算的齿向载荷分布系数,由表14-3-34查得,又有;接触强度计算的齿向载荷分配系数,由表14-3-35查得=1;由以上计算代入接触强度计算公式(3-35)得: 许用接触应力 (3-40)试验齿轮的接触疲劳极限,为650N/mm2;接触强度计算的最小安全系数,由表14-1-110取1.10;润滑
收藏